Способ получения ультратонких полимерных волокон
Владельцы патента RU 2527097:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) (RU)
Изобретение относится к технологии получения ультратонких полимерных волокон методом электроформования и может быть использовано для формирования нетканых волоконно-пористых материалов, применяемых в качестве разделительных перегородок, например, для фильтрации газов и жидкостей, для изготовления диффузионных перегородок, сепараторов химических источников тока и т.п. Раствор для формования содержит 2,5-4 мас.ч. фенолформальдегидной смолы, 2,5-4 мас.ч. поливинилбутираля, 92-95 мас.ч. этилового спирта и в качестве модифицирующих добавок 0,02-0,2 мас.ч. тетрабутиламмоний йодида или 0,01-0,1 мас.ч. хлорида лития. Изобретение обеспечивает повышение электропроводности раствора, повышение выхода ультратонких волокон с диаметром менее 0,1 мкм. 1 табл., 7 пр.
Изобретение относится к растворам для формования ультратонких полимерных волокон методом электроформования, из которых формируют нетканые волокнистые материалы, применяемые в качестве разделительных перегородок, например, для фильтрации газов и жидкостей, для изготовления диффузионных перегородок, сепараторов химических источников тока и т.п.
Известен электродинамический (электростатический) метод получения ультратонких волокон из растворов волокнообразующих полимеров. Осадительная заземленная поверхность может быть выполнена в виде непрерывной движущейся транспортерной ленты или в виде вращающихся подвижных барабанов [Патент США N 2158415, кл. 264-10, 1939].
Недостатком известного метода является относительно не стабильное дозирование раствора полимера через фильеру.
Известен способ получения ультратонких волокон [Патент РФ 2242546, кл. D01D 5/00, опубл. 20.12.2004]. Прядильный раствор попадает на дозирующее сопло, к которому прилагается высокое электрическое напряжение. Истекая из сопла, струя раствора полимера расщепляется на отдельные волокна, которые затем отвердевают и, дрейфуя, осаждаются на заземленный металлический лист. Согласно изобретению, регулируя расстояние между соплом и заземленным металлическим листом и величину электрического напряжения, добиваются максимального расщепления струи раствора полимера и осаждают наиболее тонкие отвердевшие полимерные волокна путем их дрейфа на вращающийся барабан, к которому приложено дополнительное электрическое напряжение.
Недостатком известного способа является относительная сложность аппаратурного оформления процесса из-за наличия вращающихся валков, к которым подведено электрическое напряжение.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения полимерных волокон диаметром от 0,1 до 7 мкм методом электроформования из раствора, содержащего два полимера и органический растворитель, в качестве полимеров используют неволокнообразующую фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, а в качестве органического растворителя этиловый спирт и/или дихлорэтан при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
| Фенолформальдегидная смола | 3-21 |
| Поливинилбутираль | 3-7 |
| Этиловый спирт или дихлорэтан | 5-94/0-89 |
Недостатком известного раствора является невозможность получения из него волокон диаметром менее 0,1 мкм (РФ 2065513).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение ультратонких полимерных волокон диаметром менее 0,1 мкм.
Данный технический результат достигается тем, что ультратонкие полимерные волокна получают методом электроформования из раствора для формования, содержащего в качестве полимеров неволокнообразующую фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, а в качестве органического растворителя этиловый спирт, дополнительно содержит в качестве модифицирующей добавки хлорид лития или тетрабутиламмоний йодид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Фенолформальдегидная смола | 2,5-4 |
| Поливинилбутираль | 2,5-4 |
| Хлорид лития | 0,01-0,1 |
| Этиловый спирт | 92-95 |
или
| Фенолформальдегидная смола | 2,5-4 |
| Поливинилбутираль | 2,5-4 |
| Тетрабутиламмоний йодид | 0,02-0,2 |
| Этиловый спирт | 92-95 |
Практическую реализацию предложенного изобретения раскрывают приведенные ниже примеры выполнения.
Пример 1.
Навески поливинилбутираля и фенолформальдегидной смолы добавляют в этиловый спирт в соответствии с рецептурой (см. табл.1), затем компоненты смешивают в течение 3-5 часов при температуре 30-40°C. Раствор полимеров был использован на лабораторной установке, содержащей один капилляр, установленный на расстоянии 30 см от поверхности осадительного заземленного электрода в виде плоской металлической пластины диаметром 30 см. Через дозирующий капилляр устанавливали расход раствора полимеров 0,03 см3/с. При подаче высоковольтного потенциала 25-30 кВ из капилляра вытягивались заряженные струи, которые в виде сухого волокна осаждались равномерным слоем на заземленном электроде.
| Таблица 1 | |||||||
| Показатели | Примеры | Прототип | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Состав раствора, мас.ч. | |||||||
| ФФС | 2,5 | 4 | 2,5 | ' 4 | 2,5 | 4 | 3-21 |
| Поливинилбутираль | 2,5 | 4 | 2,5 | 4 | 2,5 | 4 | 3-7 |
| Этиловый спирт, | 95 | 92 | 95 | 92 | 95 | 92 | 71-94 |
| или дихлорэтан, | - | - | - | - | - | - | |
| или смесь этиловый спирт и | - | - | - | - | - | - | остальное |
| дихлорэтан в соотношении | - | - | |||||
| 3,6-89/3,6-89 | - | - | - | - | - | - | |
| Модифицирующие добавки, мас.ч.: | |||||||
| Хлорид лития | 0 | 0 | 0,01 | - | од | - | - |
| Тетрабутиламмоний йодид | 0 | 0 | - | 0,02 | - | 0,2 | - |
| Электропроводность раствора, См/м | 3,1·1010-4 | 4,5·10-4 | 5,0-10-3 | 8,7-10-3 | 9,2-10-2 | 5,9-10-2 | - |
| Диаметр волокон, мкм | 0,10-0,30 | 0,12-0,35 | 0,06-0,28 | 0,09-0,30 | 0,05-0,12 | 0,06-0,14 | от 0,1 до 7 |
| Содержание волокон с диаметром менее 0,1 мкм, % | 0 | 0 | 25 | 8 | 30 | 27 | - |
В таблице приведена электропроводность раствора полимера, являющаяся важной технологической характеристикой для получения полимерных волокон методом электроформования. Низкая электропроводность раствора полимеров (пример 1 и 2) не позволяет получать полимерные волокна с диаметром менее 0,1 мкм.
Примеры 2-6 выполняются аналогично примеру 1 по рецептурам, приведенным в таблице 1.
Введение модифицирующих добавок в количествах 0,01 до 0,2 мас.ч. (примеры 3-6) обеспечивает повышение электропроводности растворов в 10-100 раз, благодаря чему получены полимерные ультратонкие волокна, содержащие до 25-30% волокон с диаметром от 0,05 до 0,1 мкм.
Дальнейшее увеличение содержания модифицирующих добавок приводит к снижению выхода полимерных ультратонких волокон с диаметрами менее 0,1 мкм и поэтому является не целесообразным.
Способ получения ультратонких полимерных волокон путем электроформования из раствора полимеров, включающего неволокнообразующую фенолформальдегидную смолу и поливинилбутираль, используя в качестве органического растворителя этиловый спирт, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит модифицирующую добавку хлорида лития или тетрабутиламмоний йодида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Фенолформальдегидная смола | 2,5-4 |
| Поливинилбутираль | 2,5-4 |
| Этиловый спирт | 92-95 |
| Хлорид лития | 0,01-0,1 |
| или | |
| Тетрабутиламмоний йодид | 0,02-0,2 |
а полученные волокна имеют диаметр от 0,06 до 0,1 мкм.
